紫茎泽兰（Eupatorium adenophorum）的生殖生物学研究及其离体快繁体系的建立

摘要

紫茎泽兰[EupatoriumadenophorumSpreng.=Ageratinaadenophora(Spreng.)King＆H.E.Robins.=E.glandulosumH.B.K.nonMichx.]，为多年生半灌木草本植物，是世界性的恶性入侵杂草。由于具有胁迫适应能力强、结实率高、并能通过茎和根繁殖的特点，它已成为危害最严重的外来入侵杂草之一。至今，紫茎泽兰仍非常难控制或根除。本论文主要对紫茎泽兰在中国入侵过程中的繁殖生物学、生态生理学进一步研究，观察了紫茎泽兰的生殖生物学特征；分析了多种环境因子对其种子萌发和中国适应区域分布的影响；并建立了紫茎泽兰的离体快繁体系。主要研究结果如下： (1)实验对紫茎泽兰花粉的生活力进行了测定，并通过石蜡切片和半薄切片的方法，对紫茎泽兰的大、小孢子发生，雌、雄配子体和胚胎发育进行观察。刚采集的花粉在含有蔗糖、硼酸的14种培养基上(包括改良的Monnier培养基、BK培养基)、株头上、花柱内都未见有花粉萌发和花粉管生长。紫茎泽兰花药4室，花药壁的发育为双子叶型，由表皮、药室内壁、一层中层和绒毡层组成。绒毡层在小孢子在减数分裂前期开始变形，其原生质体向药室中移动，为变形绒毡层。小孢子母细胞减数分裂产生四面体型的小孢子四分体，其四分体的胞质分裂为同时型。胚珠为倒生胚珠，大孢子母细胞体积增大，然后经有丝分裂形成未减数分裂的八核胚囊。其中靠近合点端的6个核发育成胚乳状细胞，靠近珠孔端的2个核，其中一个核退化，另一个核发育形成胚。胚的发育过程中未见有受精过程，胚和胚乳的发育都是自发形成的。这些结果都为紫茎泽兰为无融合生殖的先前论断提供了新的证据。并且，紫茎泽兰的生殖方式为无融合生殖的二倍体孢子生殖。 (2)实验研究了不同环境因子对紫茎泽兰种子萌发的影响。用不同浓度的NaCl溶液及5g/L不同盐分(NaCl、Na2CO3、Na2SO4)及不同比例组合的混合溶液处理紫茎泽兰种子进行萌发试验。盐胁迫对紫茎泽兰种子萌发、胚根和胚轴的生长都具有抑制作用，其中Na2CO3的抑制作用最显著。对胚根生长的抑制程度大于对胚轴生长的抑制。在低于50mmol/LNaCl条件下，其萌发率约80％；在200mmol/L条件下，其发芽率仍能达到18.0％。说明紫茎泽兰种子在高土壤盐度条件下也能萌发。在pH6.0时，紫茎泽兰种子萌发率达到最高(84.3％)。其种子能够萌发的pH范围为5.0-7.0，从33.6％到20.0％。在中性到弱酸性条件下萌发的较好。紫茎泽兰种子的萌发率随着水势的增加而逐渐降低，在蒸馏水中萌发率达到80.2％，在-0.7MPa的水势条件下，萌发率只有3.0％，而在-0.8MPa下萌发完全受到抑制。表明紫茎泽兰种子在中等水势条件下也还能萌发。紫茎泽兰种子萌发的温度范围是10-35℃，最适宜的萌发温度约20℃，高温显著抑制其萌发，35℃下只有19.6％的种子萌发。在温度和盐度的交互作用下，紫茎泽兰在很大的区域内能萌发。在高温、高盐和低温、高盐胁迫下(如30℃，200mmol/L；l0℃，200mmol/L)，没有种子能够萌发。温度(T)和盐度(S)交互作用下紫茎泽兰种子萌发(G)的反应曲面方程为：G=1.5004+9.9930·T-0.4080·S-0.2707·T2+0.0063532·T·S-0.0003266·S2。 (3)基于种子萌发的实验数据和先前文献关于紫茎泽兰在中国分布区内的气候特征，确立了3个不同等级的紫茎泽兰气候(年降水量、月平均最高温度、月平均最低温度)和土壤因子(土壤盐度、土壤pH值)的容限值。这些容限值与气候和土壤的空间数据结合，最终产生了紫茎泽兰在中国的适应区域分布地图。根据地图，我们预测紫茎泽兰未来在中国的分布范围主要在云贵高原、华南、以及东南沿海的省份，尽管在气候和土壤环境适宜的其它区域仍有可能会分布。 (4)通过研究不同外植体(叶、茎段和茎节)和不同浓度的植物生长调节剂对愈伤组织诱导和植株再生的影响，建立了紫茎泽兰的离体快繁体系。就愈伤组织诱导而言，叶比茎段要好。在MS培养基(MurashigeandSkoog'smedium)上加入0.5mg/L2,4-D[(2，4-dichlorophenoxy)aceticacid]和2.0mg/LBA(6-benzylaminopurine)，叶愈伤组织诱导率达到最高值87.2％。在含0.5mg/LNAA(1-naphthaleneaceticacid)和1.0mg/LBA的培养基上，71.6％的叶愈伤组织都能进行器官分化，每个愈伤组织能产生4.1个不定芽。培养基中加入0.5mg/LNAA和1.0mg/LBA对于茎节诱导腋芽是最好的。在不加任何生长调节剂的1/2MS培养基上，组培苗就能很好的生根。离体快繁生成的组培苗经过驯化能成功的在野外土壤中生长，并与母体植株相比没有表现出形态上的变异。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 研究现状综述

1.外来入侵植物研究概述

1.1.外来入侵植物的定义

1.2.外来入侵植物传入的主要方式

1.3.外来入侵植物的生物学特征

1.4.我国外来入侵植物的科属组成

2.植物无融合生殖的研究进展

2.1.什么是无融合生殖

2.2.无融合生殖植物的特征

2.3.无融合生殖在植物中的分布

2.4.无融合生殖的机制

2.5.无融合生殖的遗传分子基础

3.泽兰属植物以及紫茎泽兰的研究概况

3.1.泽兰属植物种类和分布状况

3.2.紫茎泽兰的生物学特征及其分布

3.3.紫茎泽兰的研究现状

3.4.紫茎泽兰研究中存在的问题及本论文的研究目的

第二章 紫茎泽兰的生殖生物学研究

1.实验材料与场地

2.研究方法

2.1.花粉活性测定

2.2.激光共聚焦显微技术

2.3.石蜡切片和半薄切片

3.结果

3.1.花粉活性的测定

3.2.花芽分化

3.3.小孢子发生和雄配子体发育

3.4.大孢子发生和雌配子体发育

3.5.胚的发育

4.讨论

4.1.花粉

4.2.小孢子发生和雄配子体发育

4.3.大孢子发生和雌配子体发育

4.4.胚及胚乳的发育

第三章 紫茎泽兰的种子生物学研究

1.材料与方法

1.1.种子采集与千粒重

1.2.种子的消毒

1.3.种子的培养条件

1.4.环境因子对种子萌发的影响

1.5.温度和盐胁迫的交互作用对种子萌发的影响

2.结果

2.1.种子千粒重及活力检测

2.2.盐胁迫对紫茎泽兰种子萌发的影响

2.3.水势胁迫对种子萌发的影响

2.4.pH缓冲液对种子萌发的影响

2.5.温度和盐胁迫的交互作用对种子萌发的影响

3.讨论

第四章 紫茎泽兰在中国的分布区预测

1.方法

1.1.空间数据的生成

1.2.紫茎泽兰对不同环境因子容限值的确定

2.结果

3.讨论

第五章 紫茎泽兰的离体快速繁殖研究

1.实验材料

2.研究方法

2.1.培养条件

2.2.愈伤组织诱导

2.3.从愈伤组织到不定芽的诱导

2.4.丛生芽的诱导

2.5.生根

2.6.炼苗和移栽

2.7.统计分析

3.结果

3.1.叶、茎诱导愈伤组织

3.2.叶愈伤组织诱导不定芽和不定根

3.3.从茎节诱导丛生芽

3.4.生根

3.5.移栽

4.讨论

4.1.诱导愈伤组织中外值体的选择

4.2.激素的选择

4.3.褐化

第六章 总结

1.紫茎泽兰的无融合生殖

2.紫茎泽兰对环境的适应性

3.紫茎泽兰的入侵趋势预测

4.紫茎泽兰的离体快繁体系

参考文献

致谢

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